En konkret fordel for rumforskere

Når mennesker tager til Månen eller Mars for at blive, de bliver nødt til at bygge sikre steder at bo og arbejde. Det mest udbredte byggemateriale på jorden, beton, kan være svaret. Det er stærkt og holdbart nok til at yde beskyttelse mod kosmisk stråling og meteoritter, og det kan være muligt at gøre det ved hjælp af materialer tilgængelige på disse himmellegemer.

Beton er en blanding af sand, grus og sten limet sammen med en pasta lavet af vand og cementpulver. Selvom det lyder simpelt, processen er ret kompleks, og forskere har stadig spørgsmål om den involverede kemi og mikroskopiske strukturer, og hvordan ændringer i tyngdekraften kan påvirke processen.

En nylig undersøgelse på Den Internationale Rumstation undersøgte cementstørkning i mikrogravitation for at hjælpe med at besvare disse spørgsmål. Til projektet Microgravity Investigation of Cement Solidification (MICS), forskere blandede tricalciumsilikat (Ca ₃ SiO ₅ eller C ₃ S) og vand uden for Jordens tyngdekraft for første gang. Den vigtigste mineralkomponent i den mest kommercielt tilgængelige cement, C ₃ S styrer mange af dets kemiske reaktioner og egenskaber. MICS undersøgte, om størkning af cement i mikrogravitation ville resultere i unikke mikrostrukturer og gav en første sammenligning af cementprøver behandlet på jorden og i mikrogravitation.

Efterforskerne rapporterede deres resultater i et papir offentliggjort i Frontiers in Materials, "Mikrogravitetseffekt på mikrostrukturel udvikling af tri-calciumsilikat (C ₃ S) Indsæt."

"På missioner til Månen og Mars, mennesker og udstyr skal beskyttes mod ekstreme temperaturer og stråling, og den eneste måde at gøre det på er ved at bygge infrastrukturer på disse udenjordiske miljøer, " sagde hovedefterforsker Aleksandra Radlinska fra Pennsylvania State University. "En idé er at bygge med et betonlignende materiale i rummet. Beton er meget robust og giver bedre beskyttelse end mange materialer."

En anden væsentlig fordel ved beton er, at opdagelsesrejsende teoretisk kunne gøre det med ressourcer tilgængelige på disse udenjordiske kroppe, såsom støv på månen, også kendt som måneregolith. Det ville eliminere behovet for at transportere byggematerialer til Månen eller Mars, betydeligt reducere omkostningerne.

Forskere ved, hvordan beton opfører sig og hærder på Jorden, men ved endnu ikke, om processen er den samme i rummet. "Hvordan vil det hærde? Hvad bliver mikrostrukturen?" sagde Radlinska. "Det er de spørgsmål, vi forsøger at besvare."

Forskerne skabte en række blandinger, der varierede typen af ​​cementpulver, antal og type af tilsætningsstoffer, mængde vand, og tid til hydrering. Når cementpulverkornene opløses i vand, deres molekylære struktur ændres. Krystaller dannes i hele blandingen og griber ind i hinanden. Ved første evaluering, prøverne behandlet på rumstationen viser betydelige ændringer i cementmikrostrukturen sammenlignet med dem, der er behandlet på Jorden. En primær forskel var øget porøsitet, eller tilstedeværelsen af ​​mere åbne rum. "Øget porøsitet har direkte indflydelse på materialets styrke, men vi mangler endnu at måle styrken af ​​det rumformede materiale, sagde Radlinska.

"Selvom beton har været brugt så længe på Jorden, vi forstår stadig ikke nødvendigvis alle aspekter af hydreringsprocessen. Nu ved vi, at der er nogle forskelle mellem jord- og rumbaserede systemer, og vi kan undersøge disse forskelle for at se, hvilke der er gavnlige, og hvilke der er skadelige for at bruge dette materiale i rummet, sagde Radlinska. prøverne var i forseglede poser, så et andet spørgsmål er, om de ville have yderligere kompleksitet i et åbent rummiljø."

Mikrogravitationsmiljøet på stationen er afgørende for disse første kig på, hvordan cement kan hydrere på Månen og Mars. En centrifuge om bord kan simulere tyngdekraftsniveauer for disse udenjordiske kroppe, noget, der ikke er muligt på Jorden. Evaluering af cementprøver indeholdende simulerede månepartikler behandlet ombord på det kredsende laboratorium ved forskellige tyngdekraftsniveauer er i øjeblikket i gang.

At vise, at beton kan hærde og udvikle sig i rummet, repræsenterer et vigtigt skridt mod den første struktur bygget på Månen ved hjælp af materialer fra Månen. "Vi bekræftede hypotesen om, at dette kan lade sig gøre, " sagde Radlinska. "Nu kan vi tage de næste skridt for at finde bindemidler, der er specifikke for rummet og for variable niveauer af tyngdekraft, fra nul g til Mars g og derimellem."